مصفوفة هيكل التصميم

مصفوفة بنية التصميم ( DSM ؛ ويشار إليها أيضًا باسم مصفوفة بنية التبعية ، أو ^طريقة بنية التبعية ، أو مصفوفة مصدر التبعية ، أو مصفوفة حل المشكلات ، أو مصفوفة الحدوث ، أو مصفوفة N2 ، أو مصفوفة التفاعل ، أو خريطة التبعية ، أو مصفوفة أسبقية التصميم ) هي تمثيل بسيط وموجز ومرئي لنظام أو مشروع في شكل مصفوفة مربعة . ^{[ 1 ]}

هي مكافئة لمصفوفة التجاور في نظرية الرسوم البيانية ، وتُستخدم في هندسة النظم وإدارة المشاريع لنمذجة بنية الأنظمة أو العمليات المعقدة، بهدف إجراء تحليل النظم، وتخطيط المشاريع، وتصميم الهياكل التنظيمية. وقد صاغ دون ستيوارد مصطلح "مصفوفة بنية التصميم" في ستينيات القرن الماضي، ^{[ 2 ]} مستخدمًا هذه المصفوفات لحل أنظمة المعادلات الرياضية.

تُدرج مصفوفة بنية التصميم جميع الأنظمة الفرعية / الأنشطة المكونة لها، بالإضافة إلى أنماط تبادل المعلومات والتفاعلات والتبعية المرتبطة بها . فعلى سبيل المثال، عندما تُمثل عناصر المصفوفة أنشطةً، تُفصّل المصفوفة المعلومات اللازمة لبدء نشاط معين، وتُبيّن مسار المعلومات الناتجة عن هذا النشاط. وبهذه الطريقة، يُمكن تحديد الأنشطة الأخرى التي تعتمد على مخرجات المعلومات الناتجة عن كل نشاط بسرعة.

ازداد استخدام نماذج التصميم الرقمي (DSMs) في كل من البحث والممارسة الصناعية بشكل كبير في التسعينيات. وقد طُبقت هذه النماذج في قطاعات البناء، والتطوير العقاري، وأشباه الموصلات، والسيارات، والتصوير الفوتوغرافي، والفضاء، والاتصالات، والتصنيع على نطاق صغير، ومعدات المصانع، والإلكترونيات، على سبيل المثال لا الحصر، بالإضافة إلى العديد من الوكالات الحكومية. ^{[ 1 ]}

يتميز تمثيل المصفوفة بعدة مزايا.

• يمكن للمصفوفة أن تمثل عددًا كبيرًا من عناصر النظام وعلاقاتها بطريقة موجزة تسلط الضوء على الأنماط المهمة في البيانات (مثل حلقات التغذية الراجعة والوحدات النمطية).
• إن العرض التقديمي قابل للتطبيق على تقنيات التحليل القائمة على المصفوفات، والتي يمكن استخدامها لتحسين بنية النظام.
• في نمذجة أسبقية الأنشطة، يسمح ذلك بتمثيل روابط التغذية الراجعة التي لا يمكن نمذجتها بواسطة تقنيات نمذجة مخطط جانت / بيرت ^{[ 3 ].}

يمكن أيضًا استخدام تحليل DSM لإدارة آثار التغيير. على سبيل المثال، إذا كان لا بد من تغيير مواصفات أحد المكونات، فسيكون من الممكن تحديد جميع العمليات أو الأنشطة التي كانت تعتمد على تلك المواصفات بسرعة، مما يقلل من خطر استمرار العمل بناءً على معلومات قديمة. ^{[ 1 ]}

مصفوفة تصميم النظام (DSM) هي مصفوفة مربعة تمثل الروابط بين عناصر النظام. غالبًا ما تُسمى عناصر النظام في الصفوف الموجودة على يسار المصفوفة و/أو في الأعمدة الموجودة أعلاها. يمكن أن تمثل هذه العناصر، على سبيل المثال، مكونات المنتج، أو فرق العمل في المؤسسة، أو أنشطة المشروع.

تُستخدم الخلايا غير القطرية للإشارة إلى العلاقات بين العناصر. تشير علامة الخلية إلى وجود رابط مباشر بين عنصرين، ويمكن أن تمثل علاقات أو قيود التصميم بين مكونات المنتج، أو التواصل بين الفرق، أو تدفق المعلومات، أو علاقات الأسبقية بين الأنشطة. في أحد الاصطلاحات، يكشف قراءة صف كامل عن المخرجات التي يقدمها العنصر في ذلك الصف للعناصر الأخرى، بينما يكشف مسح عمود كامل عن المدخلات التي يتلقاها العنصر في ذلك العمود من العناصر الأخرى. على سبيل المثال، في مصفوفة تصميم النظام (DSM)، تشير العلامة في العمود A والصف C إلى رابط من A إلى C (مخرج من A، مدخل إلى C). بدلاً من ذلك، يمكن تبديل الصفوف والأعمدة (دون تغيير في المعنى). يمكن الاطلاع على كلا الاصطلاحين في المراجع. ^{[ 1 ]}

تُستخدم الخلايا على طول القطر عادةً لتمثيل عناصر النظام. مع ذلك، يمكن استخدام خلايا القطر لتمثيل التكرارات الذاتية (مثل إعادة صياغة كود لم يجتز اختبارات الوحدة ). تُصبح التكرارات الذاتية ضرورية عندما يُمثل عنصر المصفوفة مجموعة من الأنشطة/الأنظمة الفرعية التي يمكن تفصيلها بشكل أكبر، مما يسمح ببنية هرمية لنموذج تصميم النظام. ^{[ 4 ]}

تم اقتراح فئتين رئيسيتين من هياكل بيانات النظام (DSMs): الثابتة والزمنية. ^{[ 5 ] تمثل هياكل بيانات النظام الثابتة الأنظمة التي تتواجد فيها جميع العناصر في آن واحد} ، مثل مكونات آلة أو مجموعات في مؤسسة. يُعادل هيكل بيانات النظام الثابت مخطط N² أو مصفوفة تجاور . غالبًا ما تكون العلامات في الخلايا غير القطرية متناظرة إلى حد كبير مع القطر (على سبيل المثال، في هيكل بيانات نظام تنظيمي يُشير إلى التفاعلات بين الفرق، توجد علامة من الفريق C إلى الفريق E وعلامة من الفريق E إلى الفريق C، مما يُشير إلى أن التفاعلات متبادلة). عادةً ما يتم تحليل هياكل بيانات النظام الثابتة باستخدام خوارزميات التجميع .

يُشبه مخطط DSM الزمني مخطط الأسبقية أو التمثيل المصفوفي للرسم البياني الموجه . في مخططات DSM الزمنية، يُشير ترتيب الصفوف والأعمدة إلى التدفق عبر الزمن: تظهر الأنشطة السابقة في العملية في الزاوية العلوية اليسرى من المخطط، بينما تظهر الأنشطة اللاحقة في الزاوية السفلية اليمنى. تكتسب مصطلحات مثل "التغذية الأمامية" و"التغذية الراجعة" دلالةً عند الإشارة إلى الواجهات. علامة التغذية الراجعة هي علامة تقع أعلى القطر (عندما تُمثل الصفوف المخرجات). عادةً ما تُحلل مخططات DSM الزمنية باستخدام خوارزميات التسلسل، التي تُعيد ترتيب عناصر المصفوفة لتقليل عدد علامات التغذية الراجعة، وجعلها أقرب ما يُمكن إلى القطر. ^{[ 1 ]}

صُنفت مصفوفات DSM إلى مصفوفات DSM قائمة على المكونات أو مصفوفات DSM قائمة على البنية؛ ومصفوفات DSM قائمة على الأفراد (قائمة على الفريق) أو مصفوفات DSM قائمة على المؤسسة، وكلاهما يُعتبر ثابتًا (يمثل العناصر الموجودة). أما مصفوفات DSM القائمة على الأنشطة أو مصفوفات DSM القائمة على المعلمات، فتُعرف بأنها قائمة على الزمن، لأن ترتيبها يُشير إلى التدفق.

تُستخدم خوارزميات DSM لإعادة ترتيب عناصر المصفوفة وفقًا لمعايير محددة. عادةً ما تُحلل نماذج DSM الثابتة باستخدام خوارزميات التجميع (أي إعادة ترتيب عناصر المصفوفة لتجميع العناصر ذات الصلة). تُظهر نتائج التجميع عادةً مجموعات (عناقيد) من العناصر المترابطة ترابطًا وثيقًا، وعناصر إما غير متصلة أو متصلة بالعديد من العناصر الأخرى وبالتالي لا تُشكل جزءًا من مجموعة. ^{[ 1 ]}

تُحلل نماذج سطح الأرض المستندة إلى الوقت عادةً باستخدام خوارزميات التقسيم والتمزيق والتسلسل. ^{[ 1 ] [ 6 ]}

تحاول طرق الترتيب ترتيب عناصر المصفوفة بحيث لا تبقى أي علامات تغذية راجعة. ^{[ 1 ]} في حالة الأنشطة المترابطة (الأنشطة التي لها روابط دورية، مثل النشاط أ المرتبط بالنشاط ب، المرتبط بالنشاط ج، المرتبط بالنشاط أ)، تكون النتيجة مصفوفة تصميم رقمية قطرية (أي كتل أو مجموعات من الأنشطة المترابطة على طول القطر). تشمل طرق التقسيم: البحث عن المسار؛ مصفوفة الوصول ؛ خوارزمية التثليث ؛ وقوى مصفوفة التجاور.

التفكيك هو إزالة علامات التغذية الراجعة (في مصفوفة التصميم الرقمية الثنائية) أو تحديد أولوية أقل (في مصفوفة التصميم الرقمية العددية). قد يعني تفكيك مصفوفة التصميم الرقمية القائمة على المكونات التجزئة (حيث لا يؤثر تصميم المكون على المكونات الأخرى) أو التوحيد القياسي (حيث لا يؤثر تصميم المكون على المكونات الأخرى ولا يتأثر بها). ^{[ 1 ] [ 7 ]} بعد التفكيك، يُعاد تطبيق خوارزمية التقسيم.

يُحقق تقليل حلقات التغذية الراجعة أفضل النتائج في نموذج DSM الثنائي، ولكن ليس دائمًا في نموذج DSM العددي أو نموذج DSM الاحتمالي. عادةً ما تحاول خوارزميات الترتيب (باستخدام التحسين ، والخوارزميات الجينية ) تقليل عدد حلقات التغذية الراجعة ، وإعادة ترتيب الأنشطة المترابطة (ذات الحلقات الدورية) بحيث تكون علامات التغذية الراجعة قريبة من القطر. مع ذلك، في بعض الأحيان، تحاول الخوارزمية فقط تقليل معيار معين (حيث لا يُمثل الحد الأدنى من التكرارات النتائج المثلى). ^{[ 8 ]}

تُجرى التفاعلات بين مختلف الجوانب (الأفراد، والأنشطة، والمكونات) باستخدام مصفوفات ربط إضافية (غير مربعة). تُعدّ مصفوفة المجالات المتعددة (MDM) امتدادًا لبنية مصفوفة تصميم المجال (DSM) الأساسية. ^{[ 9 ]} تتضمن مصفوفة المجالات المتعددة عدة مصفوفات تصميم مجال (مرتبة كمصفوفات قطرية كتلية) تُمثل العلاقات بين عناصر المجال نفسه؛ ومصفوفات ربط المجال المقابلة (DMM) ^{[ 10 ]} التي تُمثل العلاقات بين عناصر مجالات مختلفة.

تم توسيع نطاق استخدام مصفوفة التصميم الديناميكي (DSM) لتصوير وتحسين تدفق المعلومات والتفاعلات غير المرئية المرتبطة بالعمل المكتبي. يتيح هذا التصوير عبر مصفوفة التصميم الديناميكي تطبيق منهجية Lean Body of Knowledge على تدفقات المعلومات في المكاتب. ^{[ 11 ]}

تم توضيح تخصيص MDM في ^{[ 12 ]} لتحليل الأنظمة غير المحددة بشكل كافٍ.

• بوابة مجتمع DSM الإلكترونية: http://www.dsmweb.org
• مؤتمر مصفوفة هيكل التصميم الدولي: http://www.dsm-conference.org

• كتاب DSM: http://mitpress.mit.edu/books/design-structure-matrix-methods-and-applications
• كارنيل، آري؛ رايش، يورام (2011). إدارة ديناميكيات عمليات تطوير المنتجات الجديدة: نموذج جديد لإدارة دورة حياة المنتج . سبرينغر. ISBN 978-0-85729-569-9.